У астрономов климат иной
Давно миновали те времена, когда астроном просто строил себе телескоп и направлял его на небо. Современные астрономические инструменты — вещь очень сложная и дорогая, с их помощью астрономы способны заглянуть далеко во Вселенную и увидеть то, что и не снилось их предшественникам. Но чтобы это стало возможным, обсерваторию необходимо расположить в подходящем месте с нужными природными условиями — астроклиматом. Поэтому прежде чем начинать строительство, астрономы сейчас тщательно астроклимат изучают. Но даже этого мало: чтобы получать качественные изображения далёких объектов, приходится изобретать для телескопов специальные непростые и тоже дорогие устройства, корректирующие возможные искажения, — активную и адаптивную оптику. Казалось бы, в настоящее время человечество научилось строить мощные космические обсерватории, расположенные за пределами создающей помехи атмосферы, однако они не смогут заменить наземную астрономию.
— Евгений Анатольевич, вы профессионально занимаетесь астроклиматом. Что это такое?
— Астроклимат отличается от климата некоторыми граничными условиями. Если климат — это в целом о долговременной изменчивости метеопараметров на Земле и отдельных её континентах, то в случае астроклимата речь идёт о совокупности параметров, влияющих на качество астрономических наблюдений в конкретном месте, которое предполагается рассматривать как потенциальную локацию, пригодную для установки астрономического инструмента или любой оптико-электронной системы. Качество получаемых изображений в телескопе зависит от ряда природных условий. Прежде всего — от турбулентности воздуха в месте размещения прибора. Турбулентность вызывает размытие, дрожание и мерцание картинки. Также имеют значение прозрачность воздуха, скорость ветра и её изменения, количество часов, подходящих для наблюдений, суточные перепады температуры, свечение атмосферы и уровень влажности.
Астроклимат — это понятие, которое включает в себя не только параметры атмосферы, но и эффективность работы телескопа. А за эффективностью работы телескопа стоит экономическая составляющая его постройки. Ведь от выбора места зависит и стоимость строительства обсерватории. Тут надо признать, что некоторые наши обсерватории расположены не в самых хороших астроклиматических местах. Это вынужденная оптимизация по совокупности критериев: астроклимат, стоимость, эксплуатационная эффективность.
— Астроклимат необходимо изучать только для тех обсерваторий, которые будут строиться? Для действующих это уже не актуально?
— Его необходимо изучать для всех без исключения обсерваторий, работающих через атмосферу. Это нужно для эффективного планирования наблюдений, поскольку работоспособность астрономического инструмента напрямую зависит от состояния атмосферы. Мониторинг астроклимата на обсерватории даёт наблюдателям оперативную информацию, например о том, какого качества изображения им стоит ожидать от телескопа при текущей настройке. Изучение астроклимата связано с граничными условиями, которые задаются характеристиками инструмента — будь то уже работающий или только планируемый к установке. От этого зависят как методы исследования, так и критерии выбора места для размещения прибора. Если речь идёт о телескопах, решающее значение имеет их рабочий диапазон: оптический, радио-, субмиллиметровый или миллиметровый.
— Какие именно работы в этом направлении проводятся в вашем институте?
— В нашем институте такие работы стали проводиться не так давно, можно сказать, с моим приходом. Экспериментальную базу мы начали развивать относительно недавно. Между тем задачи исследования астроклимата становятся всё актуальнее — как в местах, где уже существуют обсерватории, так и в планируемых, поскольку развивается астрономическая техника, повышаются требования к выполнению высокоточных наблюдений. Астроклиматические условия напрямую влияют на возможность получения чётких изображений или на разрешение тонких линий спектров космических объектов. Нельзя забывать и о экономической составляющей. Никто не хочет тратить огромные деньги на строительство обсерватории и получить инструмент, не способный эффективно работать.
У нас есть несколько обсерваторий: Терскольская, Кисловодская, Крымская и Звенигородская, и мы начали приобретать инструментарий для тех или иных нужд. Также мы получили грант РНФ на четыре года. Тематика гранта касается комплексного исследования астроклимата для субмиллиметровой радиоастрономии: это поиск мест, пригодных для размещения субмиллиметрового телескопа в России. Нельзя похвастаться, что у нас для этого очень хороший климат, но стоит задача найти что-то наиболее подходящее.
— Где это может быть?
— Предварительный анализ спутниковых данных, который был проведён членами нашей команды, показал, что наиболее благоприятна южная часть горного Дагестана, области на границе с Монголией в Горном Алтае и Бурятии, причём одна из них недалеко от Саянской солнечной обсерватории.
— Надо будет выбирать из этих трёх локаций?
— Да, мы сузили задачу до этих трёх локаций. Поскольку бюджет ограничен, да и коллег-единомышленников, готовых и способных подниматься в горы для проведения полевых работ, у нас не так много. Мы не можем физически исследовать большее количество географических точек. Три точки за столь короткое время — и так много. В качестве некоторой опоры для сравнения результатов взяли обсерватории Кавказа — это Терскольская обсерватория ИНАСАН, находящаяся на высоте около 3150 метров, и Большой азимутальный телескоп Специальной астрофизической обсерватории (БТА САО РАН) на высоте около 2100 метров. Они имеют примерно одинаковые астроклиматические условия.
— Почему для субмиллиметровой техники в нашей стране так трудно найти подходящие места?
— Особенность субмиллиметровой радиоастрономии заключается в том, что на этот диапазон сильно воздействует наличие водяного пара в атмосфере. Чем больше водяного пара, тем сильнее ослабление сигнала в данном диапазоне длин волн в атмосфере. Поэтому сухо должно быть не только в приземном слое, но и во всей толще атмосферы, через которую происходит излучение.
— И те места, про которые вы сказали, достаточно сухие?
— Да. Предварительный анализ с помощью глобальной климатической базы данных «Era-5», которая включает в себя как метеорологические наземные станции, так и спутниковые данные дистанционного зондирования Земли, показал, что это относительно сухие локации с точки зрения суммарной влажности. Но когда начали проводить работы на местах, ситуация в некоторых точках оказалась не такой хорошей, как нам бы хотелось.
Чтобы провести более точные измерения, мы инициировали первичный сбор метеоданных на местах — это ветровая статистика, приземная влажность, количество ясных дней и оценка влагосодержания атмосферы с помощью станций ГНСС (глобальной навигационной спутниковой сети). Первые же данные на горе Курапдаг, около села Чираг в Дагестане, показали себя как благоприятные по влажности, но с точки зрения ветра ситуация там просто катастрофическая. Порывы ветра достигали от 26 до 50 метров в секунду с продолжительностью по несколько часов и примерно каждые две недели. Полное отсутствие инфраструктуры также говорит не в пользу этого места, а этот аспект обязательно стоит учитывать. На высоту почти 3700 метров мы несколько раз поднимали своё оборудование на лошадях, несли на себе в рюкзаках. Ночевать приходилось на вершине в палатках, под порывами ветра, а чтобы поесть, топили снег.
— А что в Бурятии?
— В Бурятии, в районе посёлка Монды, на горе Хулугайша (3100 метров) ситуация немного лучше, но тоже отсутствует инфраструктура, что создаёт сложности. Там мы столкнулись с постоянными перебоями со связью. Предположительно, высокое атмосферное статическое электричество вкупе с отсутствием какого-либо заземления приводит к выводу из строя оборудования. Скальный грунт не позволяет простыми методами организовать заземление. Так мы потеряли три комплекта станций с различным интервалом времени — от недели до двух месяцев. Каждая экспедиция — достаточно дорогостоящее мероприятие, в котором не может принимать участие один человек (это требование техники безопасности). Поэтому затраты на организацию всегда очень большие. Если что-то выходит из строя, это очень расстраивает.